專利名稱：自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般關(guān)于用于飛行器的減速控制系統(tǒng)，更具體地，關(guān)于一種自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在著陸的過(guò)程中制動(dòng)航空器的一個(gè)或多個(gè)輪子，防止深度初始滑行，從而能夠以可控制的方式應(yīng)用快速制動(dòng)。
背景技術(shù)：
通常在大型的商用渦輪航空器上提供防滑以及自動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)幫助航空器在著陸的過(guò)程中減速。對(duì)應(yīng)于飛行員所選擇的制動(dòng)壓力的水平，現(xiàn)代防滑系統(tǒng)典型地通過(guò)適應(yīng)跑道條件和其他影響制動(dòng)的因素，來(lái)優(yōu)化制動(dòng)效率，以達(dá)到最大程度的減速。在常規(guī)的防滑系統(tǒng)中，飛行員典型地通過(guò)計(jì)量閥以機(jī)械方式實(shí)施制動(dòng)，一旦輪子上的制動(dòng)壓力達(dá)到滑行的水平，例如檢測(cè)到初始滑行的時(shí)候，就用一個(gè)制動(dòng)壓力值來(lái)初始化防滑控制系統(tǒng)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法的成功實(shí)施受到以下一些因素的影響，例如航空器的操作模式、航空器的重量、輪胎/跑道接觸面狀況、以及其他類似的因素。因此，希望提供一種自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，從而能夠調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力或扭矩來(lái)適應(yīng)這些因素。
另外，在通過(guò)常規(guī)的防滑以及制動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)確定有效的防滑制動(dòng)壓力或制動(dòng)扭矩并有效地控制滑行之前，由航空器飛行員實(shí)施的快速踩下踏板也可能常常導(dǎo)致深度初始滑行。消除和減少初始滑行將縮短航空器的制動(dòng)距離，從而使得航空器可以在較短的跑道上著陸，并減少輪胎的磨損。因此，希望能夠提供一種初始滑行的檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)自動(dòng)地預(yù)測(cè)初始滑行條件并進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而防止深度初始滑行，使得飛行員能用任意的速度踩下制動(dòng)踏板，同時(shí)仍然能以可控制的方式應(yīng)用快速制動(dòng)。本發(fā)明提供一種可以滿足這些需要的自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用(brake application)和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)應(yīng)用，同時(shí)防止深度初始滑行，這是通過(guò)一旦輪子接近滑行的水平，即實(shí)施被初始化的滑行預(yù)測(cè)系統(tǒng)，來(lái)減小制動(dòng)應(yīng)用壓力或扭矩并以可控制的方式實(shí)施制動(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明據(jù)此提供一種“智能”制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，用于在著陸的過(guò)程中制動(dòng)航空器的輪子。該系統(tǒng)適用于具有輪制動(dòng)器(wheel brake)的一個(gè)或多個(gè)輪子，該輪制動(dòng)器會(huì)在輪子上施加制動(dòng)扭矩。制動(dòng)扭矩傳感器產(chǎn)生制動(dòng)扭矩信號(hào)，制動(dòng)扭矩信號(hào)是施加到輪制動(dòng)器上的制動(dòng)扭矩的函數(shù)，并且系統(tǒng)將制動(dòng)扭矩信號(hào)與制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值比較。輪速率(wheel speed)傳感器產(chǎn)生輪速率信號(hào)，輪速率信號(hào)是輪子轉(zhuǎn)動(dòng)速率的函數(shù)，并且系統(tǒng)基于輪速率信號(hào)產(chǎn)生輪速度(wheel velocity)信號(hào)。將輪速度信號(hào)與參考速度信號(hào)比較，以產(chǎn)生輪速度誤差信號(hào)來(lái)指示航空器輪速度信號(hào)和參考速度信號(hào)之間的差別。并提供扭矩偏差調(diào)制積分器(torque bias modulator integrator)來(lái)響應(yīng)制動(dòng)扭矩信號(hào)，從而調(diào)節(jié)輪速度誤差信號(hào)來(lái)提供防滑控制信號(hào)，而且在當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，用制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩值常數(shù)，來(lái)初始化扭矩偏差調(diào)制積分器。命令處理器產(chǎn)生響應(yīng)減速命令的制動(dòng)扭矩命令信號(hào)，制動(dòng)扭矩比較裝置將制動(dòng)扭矩信號(hào)與制動(dòng)扭矩命令信號(hào)比較，以產(chǎn)生制動(dòng)扭矩差別信號(hào)來(lái)指示制動(dòng)扭矩信號(hào)和制動(dòng)扭矩命令信號(hào)之間的差別。響應(yīng)制動(dòng)扭矩差別信號(hào)，控制裝置會(huì)向輪制動(dòng)器提供被調(diào)節(jié)過(guò)的制動(dòng)扭矩信號(hào)，從而可以獨(dú)立于操作者的制動(dòng)應(yīng)用來(lái)控制輪制動(dòng)器。在當(dāng)前的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)輪速度誤差信號(hào)表示滑行開(kāi)始的時(shí)候，用所測(cè)的制動(dòng)扭矩值來(lái)初始化扭矩偏差調(diào)制積分器。
在當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還提供了用來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩誤差信號(hào)的裝置，該裝置通過(guò)比例扭矩增益、積分扭矩增益和微分扭矩增益來(lái)調(diào)節(jié)誤差信號(hào)。在當(dāng)前的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，還提供了用于產(chǎn)生比例控制信號(hào)的暫態(tài)控制(transient control)裝置、和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(compensation network)裝置，兩者都可響應(yīng)速度誤差信號(hào)，并且將暫態(tài)控制裝置和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)裝置的輸出與扭矩偏差調(diào)制積分器的輸出相加。
由上述可以看出，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和方法，以在快速應(yīng)用制動(dòng)踏板后，但在初始滑行發(fā)生之前，啟動(dòng)制動(dòng)控制。通過(guò)下面詳細(xì)的說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的這些和其他的方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明顯，說(shuō)明和附圖通過(guò)實(shí)施例的方式來(lái)闡明本發(fā)明的特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的一種“智能”制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖；圖2顯示本發(fā)明的“智能”制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)的隨著時(shí)間變化的制動(dòng)壓力、輪速度和制動(dòng)扭矩的三個(gè)曲線圖；以及圖3顯示本發(fā)明的“智能”制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)的制動(dòng)力對(duì)制動(dòng)滑動(dòng)曲線(brake slip curve)的影響的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
常規(guī)防滑系統(tǒng)的有效性可能受到航空器的操作模式、航空器的重量、輪胎/跑道接觸面狀況、以及其他類似的因素的影響。在啟動(dòng)防滑控制之前，快速應(yīng)用航空器制動(dòng)踏板，特別是在緊急狀態(tài)下的應(yīng)用，也可能引起深度初始滑行，從而導(dǎo)致航空器制動(dòng)距離的增長(zhǎng)和加重輪胎的磨損。
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于指示初始滑行的條件，并在可控制的減速發(fā)生之前，啟動(dòng)制動(dòng)控制來(lái)防止深度滑行。參考圖1，用一種自適應(yīng)、或者“智能”的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)10來(lái)實(shí)施本發(fā)明，該系統(tǒng)可以用于航空器的制動(dòng)系統(tǒng)中，并且如同安裝在航空器上那樣，該系統(tǒng)優(yōu)選包括輪速率傳感器12，該傳感器用于航空器輪子15上的每個(gè)輪制動(dòng)器14，以測(cè)量輪速率并產(chǎn)生輪速率信號(hào)，輪速率信號(hào)是制動(dòng)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率的函數(shù)。通過(guò)速度轉(zhuǎn)換器16，輪速率信號(hào)典型地被轉(zhuǎn)換成代表航空器速度的信號(hào)，在速度比較器18中將該信號(hào)與需要的參考速度比較，從而產(chǎn)生輪速度誤差信號(hào)，來(lái)指示每個(gè)被制動(dòng)的輪的輪速度信號(hào)和參考速度信號(hào)之間的差別。速度比較器的輸出稱為滑動(dòng)速度(slip velocity(Vs))或速度誤差。通過(guò)扭矩偏差調(diào)制控制裝置(TBM)積分器20、暫態(tài)控制裝置22、和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)24來(lái)調(diào)節(jié)速度誤差信號(hào)，三者的輸出在加法中繼點(diǎn)26被求和以提供防滑控制信號(hào)28，信號(hào)28被命令處理器30接收，處理器30典型地是微處理器。防滑回路(antiskid loop)中的TBM積分器給出在制動(dòng)期間允許的最大控制扭矩水平。在響應(yīng)速度方面，TBM積分器典型地比其他控制參數(shù)慢，這些控制參數(shù)是檢測(cè)和控制初始滑行所需要的。當(dāng)沒(méi)有滑行被檢測(cè)到時(shí)，積分器允許向制動(dòng)器上施加完全系統(tǒng)扭矩(full system torque)。
由飛行員操作的航空器制動(dòng)踏板32的位置典型地由微控制器33讀出，微控制器33產(chǎn)生制動(dòng)踏板命令信號(hào)34，根據(jù)信號(hào)34可以確定應(yīng)用扭矩曲線。命令處理器30接收制動(dòng)踏板命令信號(hào)和經(jīng)過(guò)反饋線36的防滑控制信號(hào)，并且優(yōu)選地，處理器30也接收指示輪子是否被鎖住的鎖定輪保護(hù)信號(hào)38(locked wheel protection signal)、和觸地/打滑保護(hù)信號(hào)40(touchdown/hydroplaning protection signal)，從而在高速觸地時(shí)防止輪子打滑。在當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，命令處理器以鎖定輪保護(hù)信號(hào)、觸地保護(hù)信號(hào)、踏板信號(hào)、和防滑信號(hào)中的最低輸入來(lái)運(yùn)行。通過(guò)比較器48來(lái)將命令處理器的制動(dòng)扭矩命令信號(hào)輸出42與來(lái)自制動(dòng)扭矩傳感器46的制動(dòng)扭矩反饋信號(hào)44比較，產(chǎn)生輸出的扭矩誤差信號(hào)50。
在當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，也通過(guò)由比例增益電路52產(chǎn)生的比例增益、由積分增益電路54產(chǎn)生的積分增益、和由微分增益電路55產(chǎn)生的微分增益來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩誤差信號(hào)，三者一起形成了比例積分微分(PID)控制回路，三者的輸出在加法中繼點(diǎn)56被求和以提供調(diào)節(jié)過(guò)的制動(dòng)扭矩信號(hào)57。還通過(guò)電子管放大器58典型地放大調(diào)節(jié)過(guò)的制動(dòng)扭矩信號(hào)，以提供放大的、施加到制動(dòng)控制閥60上的制動(dòng)控制信號(hào)，控制閥控制增壓制動(dòng)流體(pressurized brake fluid)對(duì)輪制動(dòng)器的應(yīng)用，該增壓制動(dòng)流體是由系統(tǒng)扭矩62增壓的。
在當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，程序塊63中的元件的功能可以在合適的軟件的控制下，由一個(gè)或多個(gè)微處理器執(zhí)行，盡管可以選擇地，這些或者類似功能可以通過(guò)合適的硬件部件來(lái)執(zhí)行。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，不同的航空器與航空器之間的部件參數(shù)和結(jié)構(gòu)可能不同，因此如何使用該系統(tǒng)也具有很大的靈活性。
“智能”制動(dòng)應(yīng)用參考圖2，可以沒(méi)有任何速度限制應(yīng)用制動(dòng)，直到檢測(cè)到制動(dòng)扭矩為預(yù)定值64，預(yù)定值64典型地接近制動(dòng)接觸扭矩66(brake contacttorque)，在66處制動(dòng)扭矩開(kāi)始增大。于是，在68處，用預(yù)設(shè)的制動(dòng)扭矩值加上預(yù)定的扭矩增量常數(shù)(constant increment oftorque)來(lái)初始化TBM積分器，此處對(duì)應(yīng)圖2和圖3中的制動(dòng)扭矩滑動(dòng)曲線的峰值70。TBM積分器的輸出用虛線72表示，制動(dòng)扭矩命令輸出用線74表示。輪速度用線76表示，制動(dòng)扭矩用線78表示。如圖2所示，初始化TBM積分器迫使TBM積分器從69開(kāi)始循著制動(dòng)應(yīng)用曲線工作，從而防止任何實(shí)質(zhì)上的航空器過(guò)沖(overshoot)出跑道。
“智能”滑行檢測(cè)當(dāng)一個(gè)輪子達(dá)到滑行水平時(shí)，例如當(dāng)檢測(cè)到Vs比預(yù)設(shè)的輪速度極限大時(shí)，用制動(dòng)扭矩的反饋值初始化TBM積分器，此時(shí)Vs大于預(yù)設(shè)的極限。這種方法確保了正確初始化TBM積分器。初始滑行時(shí)的制動(dòng)扭矩是TBM積分器所需的，以用于緊接著的防止出現(xiàn)多次初始滑行的控制。因此，應(yīng)該確保TBM積分器的快速響應(yīng)，否則就會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)控制作用速度緩慢。
顯然，本發(fā)明并不局限于速度誤差型系統(tǒng)，本發(fā)明還適用于其他的制動(dòng)控制滑行檢測(cè)概念，例如速率控制/檢測(cè)(rate control/detection)，同樣適用于任何對(duì)制動(dòng)應(yīng)用和壓力或扭矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述內(nèi)容應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明提供了一種新穎的方法和裝置，以在滑行開(kāi)始之前指示制動(dòng)控制，并在制動(dòng)控制開(kāi)始后，防止航空器過(guò)沖和失穩(wěn)。
從上述內(nèi)容應(yīng)該明白的是，雖然闡述和說(shuō)明了本發(fā)明的特定形式，在顯然，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種修改。因此，除了所附的權(quán)利要求外，本發(fā)明并沒(méi)有被限制。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，其用于制動(dòng)飛行器輪子，所述系統(tǒng)包括用于制動(dòng)所述輪子的輪制動(dòng)器；用于產(chǎn)生制動(dòng)扭矩信號(hào)的制動(dòng)扭矩傳感器，所述制動(dòng)扭矩信號(hào)是施加到所述輪子上的所述制動(dòng)扭矩的函數(shù)；用于將所述所述制動(dòng)扭矩信號(hào)與制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值進(jìn)行比較的裝置；用于產(chǎn)生輪速率信號(hào)的輪速率信號(hào)發(fā)生裝置，所述輪速率信號(hào)是所述輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)速率的函數(shù)；用于基于所述輪速率信號(hào)產(chǎn)生輪速度信號(hào)的輪速度轉(zhuǎn)換器；用于產(chǎn)生參考速度信號(hào)的速度參考發(fā)生裝置；用于將所述輪速度信號(hào)與所述參考速度信號(hào)比較的輪速度比較裝置，以產(chǎn)生輪速度誤差信號(hào)，來(lái)指示所述航空器輪速度信號(hào)和所述參考速度信號(hào)之間的差別；扭矩偏差調(diào)制積分器，其可響應(yīng)所述制動(dòng)扭矩信號(hào)，從而調(diào)節(jié)所述輪速度誤差信號(hào)來(lái)提供防滑控制信號(hào)；用于響應(yīng)減速命令產(chǎn)生制動(dòng)扭矩命令信號(hào)的制動(dòng)扭矩命令信號(hào)發(fā)生裝置；用于將所述制動(dòng)扭矩信號(hào)與所述制動(dòng)扭矩命令信號(hào)比較的制動(dòng)扭矩比較裝置，以產(chǎn)生制動(dòng)扭矩差別信號(hào)，來(lái)指示所述制動(dòng)扭矩信號(hào)和所述制動(dòng)扭矩命令信號(hào)之間的差別；和控制裝置，其用于響應(yīng)所述制動(dòng)扭矩差別信號(hào)，向所述輪制動(dòng)器提供被調(diào)節(jié)過(guò)的制動(dòng)扭矩信號(hào)，從而可以獨(dú)立于操作者的制動(dòng)應(yīng)用來(lái)控制所述輪制動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括初始化裝置，其用于以制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩常數(shù)值來(lái)初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器，從而最小化所述扭矩偏差調(diào)制積分器在控制最大允許制動(dòng)扭矩中的延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括當(dāng)所述輪速度信號(hào)誤差變得比速度誤差臨界值大時(shí)，用所測(cè)的制動(dòng)扭矩值初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述扭矩偏差調(diào)制積分器可響應(yīng)制動(dòng)扭矩信號(hào)，并進(jìn)一步包括初始化裝置，其用于以制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩常數(shù)值來(lái)初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器，從而最小化所述扭矩偏差調(diào)制積分器在控制最大允許制動(dòng)扭矩中的延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括當(dāng)所述輪速度信號(hào)誤差變得比速度誤差臨界值大時(shí)，用所測(cè)的制動(dòng)扭矩值初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器的裝置。
全文摘要
自適應(yīng)的制動(dòng)應(yīng)用和初始滑行檢測(cè)系統(tǒng)(10)使得可以應(yīng)用快速制動(dòng)并防止深度初始滑行。將制動(dòng)扭矩與制動(dòng)扭矩的預(yù)定臨界值比較。并產(chǎn)生輪速度誤差信號(hào)來(lái)指示輪速度信號(hào)和參考速度信號(hào)之間的差別。響應(yīng)制動(dòng)扭矩信號(hào)的扭矩偏差調(diào)制積分器(20)，調(diào)節(jié)輪速度誤差信號(hào)來(lái)提供防滑控制信號(hào)(28)。當(dāng)輪速度誤差信號(hào)表示滑行開(kāi)始的時(shí)候，用所測(cè)的制動(dòng)扭矩值來(lái)初始化扭矩偏差調(diào)制積分器(20)。產(chǎn)生的制動(dòng)扭矩差別信號(hào)用于指示制動(dòng)扭矩信號(hào)和命令的制動(dòng)扭矩之間的差別，響應(yīng)制動(dòng)扭矩差別信號(hào)，產(chǎn)生被調(diào)節(jié)過(guò)的制動(dòng)扭矩誤差信號(hào)(57)。
文檔編號(hào)B60T8/60GK1675095SQ03819814
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者B·薩勒邁特, R·D·庫(kù)克 申請(qǐng)人:海卓·艾爾公司